پایان نامه با کلید واژه های زمان واکنش

ل افزایش سطح کاتالیست و نیز خلل و فرج آن در راکتور و تشدید واکنش های دیلز-آلدر و هیدروژن زدایی، درصد تولید کک افزایش یافته و از طرف دیگر با افزایش میزان کاتالیست از صفر به شصت درصد، میزان کک از ۷/۰ به ۶/۲ درصد افزایش مییابد. به دلیل افزایش سرعت واکنش و کاهش بیشتر انرژی فعالسازی، زمان واکنش تا ۶۰ درصد کاهش مییابد و از ۵۴ دقیقه به ۲۳ دقیقه میرسد. محصولات گازی روند مشخصی با افزایش کاتالیست نشان نمیدهند. اما در دمای ۵۱۰ درجه سانتیگراد بیشترین میزان محصولات گازی دیده میشود.
در شکل۲-۱۱ اثر کاتالیستهای مختلف بر روی سرعت تخریب ترکیبی از پلاستیکهای پرمصرف در دمای ۳۹۰ درجهی سانتیگراد بررسی شده است.
شکل ‏۲-۱۱ مقایسه هیدروکربنهای حاصل از تخریب کاتالیستی ترکیب پلاستیکهای پرمصرف به عنوان تابعی از زمان در دمای ۳۹۰ درجه سانتیگراد و با کاتالیستهای مختلف[۳].
کاتالیست FCC-s1، کاتالیستی است که بازیابی شده و کاتالیست FCC-R1 ، کاتالیستی است که استفاده شده و مورد بازیابی قرار نگرفته است.کاتالیستFCC-s1 ، به دلیل بدست آوردن فعالیت خود پس از احیا، از سرعت پیرولیز بالایی برخوردار است و در دقایق ابتدایی به بیشترین سرعت تولید محصول یا سرعت تخریب میرسد. در مقابل، کاتالیستFCC-R1 به دلیل کاهش سایتهای فعال و کاهش سطح ناشی از نشست کک و در نتیجه کاهش فعالیت، روند پیرولیز بسیار کندی داشته و پیرولیز آن در زمانهای طولانیتری تکمیل میشود[۳].
در ادامه به بررسی سرعت تخریب پلاستیکهای ضایعاتی مختلف در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد و با استفاده از کاتالیست FCC و با سرعت همزن RPM200 می پردازیم.
شکل ‏۲-۱۲ بازده محصول مایع حاصل از تخریب کاتالیستی پسماندهای پلاستیکی مختلف با کاتالیست FCC در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد [۲۰].
پلی استایرن بیشترین سرعت تخریب را دارد که دلیل این امر این است که، حلقهی بنزنی پلی استایرن (گروههای حجیم) کمک زیادی به شکست زنجیر میکند. بدین صورت به سرعت پیوندهای آن شکسته شده و تولید محصول مایع میکند. بعد از پلی استایرن، پلی-پروپیلن، به دلیل داشتن کربن ناپایدار نوع سوم در ساختار خود، به سرعت تخریب میشود. پلیاتیلن سبک خطی، به دلیل داشتن ساختار شاخهای، نسبت به پلیاتیلن سنگین سریعتر پیرولیز میشود. پس مشاهده میشود که ساختارهای مختلف پلیالفینها چگونه روی سرعت تخریب آنها تأثیر گذار است (شکل ۲-۱۲).
تأثیر گازهای حامل بر فرآیند پیرولیز
محصولات حاصل از پیرولیز با استفاده از گازهای حامل از راکتور خارج میگردند. همچنین بعد از پر شدن محفظه لازم است به منظور خارج کردن اکسیژن و ایجاد خلا درون محفظه با یک گاز خنثی مثل نیتروژن پرج شود. استفاده از گاز نیتروژن به منظور تخلیهی هوا از مخزن قبل از پیرولیز، بسیار متداول است[۵۷].
این گازها علاوه بر انتقال محصولات، نقش انتقال حرارت در درون راکتور را نیز برعهده دارند. در صورت عدم وجود گاز حامل، درصد محصولات گازی افزایش مییابد که دلیل این امر خارج نشدن محصولات مایع و شکست بیش از حد آنها طی فرآیند پیرولیز در راکتور است.گاز هیدروژن به دلیل جلوگیری از شکستهای بیشتر، میزان محصول مایع بیشتری تولید میکند. البته لازم به ذکر است که تأثیر جرم مولکولی گاز حامل به مراتب کمتر از تأثیر فعالیت آن میباشد.گاز حامل، هرچه جرم مولکولی کمتری داشته باشد، در فرآیند پیرولیز پلاستیک، افزایش دما در راکتور، سرعت کمتری از خود نشان میدهد. این عامل باعث میشود که زمان واکنش محصول در راکتور افزایش یابد. افزایش زمان واکنش در راکتور باعث افزایش شکست در فرآیند شده و در نتیجه به پهن شدن توزیع محصولات، منجر میشود. میل به افزایش کک و محصولات گازی از اثرات اصلی این پدیده میتواند باشد. نتایج تجربی نیز این موضوع را تایید میکند. جدول ۲-۶ تأثیر گازهای حامل مختلف بر روی محصولات پیرولیز پلیاتیلن سبک خطی در دمای ۴۵۰ درجه سانتیگراد و با کاتالیست FCC را نشان میدهد [۵۲].
جدول ‏۲-۶ تأثیر گازهای حامل مختلف بر روی محصولات پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی در دمای ۴۵۰ درجه سانتی گراد و با کاتالیست FCC.
گاز حامل
جرم مولکولی
درصد محصولات قابل تقطیر
درصد محصولات غیر قابل تقطیر
درصد کک
زمان ماند(دقیقه)
هیدروژن
۲
۷/۹۵
۱/۴
۲/۰
۲۶
هلیم
۴
۱/۹۴
۷/۳
۲/۲
۲۹
نیتروژن
۲۸
۲/۹۳
۲/۲
۶/۴
۳۳
اتیلن
۲۸
۹/۹۳
۲/۴
۹/۱
۳۳
پروپیلن
۴۲
۶/۸۷
۵/۱۰
۹/۱
۳۷
آرگون
۳۷
۱/۸۶
۸/۹
۱/۴
۳۹
بدون گاز حامل
?
۶/۴۷
۵/۳۲
۹/۱۹
۷۹
در حالتی که از گاز حامل استفاده نمیکنیم، مثل حالتی است که از گازی با جرم مولکولی بینهایت استفاده میکنیم که این گاز توانایی انتقال محصولات را ندارد. در این بررسی سه گاز حامل هیدروژن، اتیلن و پروپیلن به عنوان گازهای حامل فعال و سه گاز نیتروژن، هلیم و آرگون به عنوان گازهای خنثی مورد ارزیابی قرار گرفتهاند.گازهای حامل از آن جهت مهم هستند که گاهی تقریبا ماهیت کلی محصول را عوض میکنند.
هیدروژن در پیرولیز پلیاتیلن سبک خطی نیز به عنوان یک گاز حامل با فعالیت بسیار بالا و جرم مولکولی بسیار پایین، دارای بالاترین تولید محصول قابل تراکم می‌باشد. افزایش غلظت هیدروژن کمک می‌‌کند که میزان تشکیل کک بر روی کاتالیست FCC کاهش یافته و شرایط را برای کارایی بیشتر کاتالیست مهیاتر و در حدود ۷/۹۵ درصد محصول مایع تولید کند. در ادامه هلیم و اتیلن قرار دارندکه میزان بالاتری از محصول مایع را تولید می‌‌کنند. هلیم در حدود ۱/۹۴ درصد و اتیلن نیز با حدود ۹/۹۳ درصد در رده بعدی تولید محصول مایع قرار دارند. نیتروژن-۲/۹۳ درصد-، پروپیلن-۶/۸۷ درصد- و آرگون-۱/۸۶ درصد- میزان کمتری محصول مایع تولید می‌‌کنند. با افزایش جرم مولکولی و کاهش فعالیت گاز حامل در پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی نیز میزان کک تقریبا افزایش می‌‌یابد. افزایش کک می‌‌تواند مرتبط به افزایش حضور خوراک بر روی سطح کاتالیست، افزایش شکست و واکنشهای آروماتیک شدن باشد که در نهایت به تولید کک ختم می‌‌شود. نتایج نشان می‌‌دهد در حالتی که از گاز حامل استفاده نمی‌‌شود، کک به میزان قابل توجهی افزایش می‌‌یابد و به ۹/۱۹ درصد می‌‌رسد و میزان محصول مایع در حدود ۴۸ درصد کاهش یافته و به ۶/۴۷ درصد می‌‌رسد. با افزایش جرم مولکولی گاز حامل، تا حدودی زمان ماند پلیمر در راکتور افزایش می‌‌یابد که می‌‌تواند ناشی از کاهش توانایی خروج محصولات از راکتور باشد که منجر به طولانیتر شدن واکنش پیرولیز می‌‌گردد.
تأثیر سرعت همزن بر روی فرآیند پیرولیز
برای تقویت انتقال حرارت به خصوص انتقال حرارت تشعشعی از یک راکتور همزن دار با یک همزن حجیم مارپیچ که تقریبا راکتور را پر میکند، استفاده شده است [۵۲]. لازم به یاد آوریست که در دماهای بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد انتقال حرارت تشعشعی میتواند بر روی نتایج تأثیر گذار بوده و برای نشان دادن تأثیر این نوع انتقال حرارت که با حضور یک همزن حجیم مارپیچ به شدت تقویت میشود، نتایج در حضور و عدم حضور این همزن ارائه گردیده است [۵۲].
سرعت همزن در صورت بهینه بودن می‌‌تواند به همگون شدن دما، اختلاط و انتقال حرارت بهتر و در نهایت انتخاب پذیری بالای محصولات کمک نماید. جدول ۲-۷ تأثیر همزن بر روی محصولات پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی را نشان می‌‌دهد.
جدول ‏۲-۷ جدول تأثیر همزن بر روی محصولات پیرولیز پلی اتیلن سبک خطی [۵۲].
دور همزن(rpm)
درصد هیدروکربنهای تقطیر شده
درصد هیدروکربنهای غیر قابل تقطیر
درصد کک
زمان ماند(دقیقه)
۰ بدون همزن
۹/۶۸
۲/۲۱
۹/۹
۱۰۱
۰
۶/۸۳
۵/۱۰
۹/۵
۴۰
۵۰
۲/۹۳
۲/۲
۶/۴
۳۳
۱۰۰
۹/۸۸
۸/۷
۳/۳
۲۷
۳۰۰
۵/۸۴
۶/۱۲
۹/۲
۱۹
پیرولیز پلیاتیلن سبک خطی در سرعت همزن ۵۰ دور در دقیقه بیشترین محصول مایع را تولید می‌‌کند. هر چند سرعت بهینه با توجه به شکل، طراحی و اندازه همزن و راکتور، دما و فشار راکتور، نوع و میزان کاتالیست و حتی نوع پلیمر می‌‌تواند تغییر کند. عدم حضور همزن در راکتور به میزان زیادی زمان واکنش در راکتور را افزایش می‌‌دهد و علاوه بر آن به شدت از انتخاب پذیری کاتالیست می‌‌کاهد.گاز تولیدی در راکتور نیز به حدود ۲/۲۱ درصد رسیده و میزان کک به ۹/۹ درصد افزایش می‌‌یابد. بدون حضور همزن، تا حدودی واکس تولید شده و محصول مایع به صورت نیمه جامد بوده و قابل ارزیابی به واسطه دستگاه GC موجود نبودند. تولید واکس در فرآیند پیرولیز به واسطه افزایش زمان واکنش محصولات، کاهش شدید فعالیت کاتالیست در زمانهای طولانی و نیز ناهمگون بودن مخلوط کاتالیست و پلیمر می‌باشد. ناهمگون بودن مخلوط پلیمر و پودرکاتالیست با توجه به پودر بودن بیش از حد کاتالیست و جمع شدن آن در انتهای راکتور و حضور گرانولهای پلیمر در بالای آن طبیعی می‌باشد. مادامیکه همزن وجود دارد اما نمیچرخد و سرعت آن صفر است نیز این مشکل وجود دارد. آزمونهای ابتدایی درصد قابل توجهی واکس تولید میکردند که قابل انتظار نبود. برای حل این مشکل در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد که به نظر می‌‌رسد تقریبا پلیمر به مذاب تبدیل شده است، به مدت چند ثانیه همزن روشن میشد تا یک همگونی بین پلیمر و کاتالیست بوجود آید. مذاب پلیمر کاتالیست را در میان گرفته و این همگونی تا حدودی حفظ می‌‌شود. همین کار باعث میشد که واکس از محصولات حذف شود. در پیرولیز پلیاتیلن سبک خطی نیز سرعت ۵۰ دور در دقیقه ناهمگونی دما را به حداقل می‌‌رساند. برای اینکه بیشترین محصول مایع در این دمای ۴۵۰ درجه سانتیگراد تولید می‌‌شود و اگر اختلاف دما زیاد باشد به کاهش محصول مایع در این سرعت می‌‌انجامد. با افزایش سرعت همزن میزان اختلاط کم و ناهمگونی دمایی بیشتر شود. با افزایش ناهمگونی دمایی، انتخاب پذیری محصول کاهش یافته و محصولات گازی در سیستم زیاد می‌‌شود. میزان کک مطابق پیش بینیها و با افزایش سرعت همزن کاهش یافت که کاهش زمان اقامت محصولات بر روی سطح کاتالیست می‌‌تواند دلیل مناسبی برای این نتیجه باشد. با افزایش سرعت همزن، انتقال حرارت بهتر شده و میزان کک بر روی کاتالیست کمتر شده و از ۹/۹ درصد درحالت بدون همزن و ۹/۵ درصد در حالت خاموش به ۹/۲ درصد در سرعت ۳۰۰ دور بر دقیقه برسد. زمان واکنش محصولات در راکتور از ۱۰۱ دقیقه بدون حضور همزن به ۴۰ دقیقه در حضور همزن خاموش و ۱۹ دقیقه در سرعت ۳۰۰ دور در دقیقه می‌‌رسد. انتقال حرارت مناسب، هزینه های فرآیندی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌‌دهد.
چند مثال مختلف از پیرولیز
Miskokzi، شکست LDPE در حضور کاتالیستهای زئولیتی مختلف، HZSM-5، کاتالیست FCC و CRT را بررسی کرده است [۱۴].
شکل ‏۲-۱۳ فرآیند پیرولیز LDPE(Miskokzi) [14].
کاتالیست روی بازده محصولات فرار بسیار مؤثر است در حالیکه اثر

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید